Questão 2: Defina:
(f) Equilíbrio térmico e lei zero da termodinâmica;

Passo 1

Você pediu para definir duas coisas: (i) o que é equilíbrio térmico e (ii) o que diz a lei zero da termodinâmica. O enunciado não traz números ou figuras — é pedido conceitual — então vou explicar com definições precisas, com exemplos e com um jeitinho prático de usar isso numa prova.

Passo 2

Definição de equilíbrio térmico — ideia básica. Duas partes de um sistema (ou dois sistemas) estão em contato térmico quando podem trocar energia na forma de calor. Dizemos que há equilíbrio térmico entre dois sistemas A e B quando, estando em contato térmico, não ocorre trocas líquidas de calor entre eles. Em símbolos simples: se \dot Q_{A\to B} é a taxa de calor de A para B, então em equilíbrio térmico
\dot Q_{A\to B}=0.
Na prática isso significa que as grandezas macroscópicas que caracterizam o estado térmico (principalmente a temperatura) permanecem constantes no tempo enquanto os sistemas ficam em contato.

Passo 3

O que é temperatura aqui e por que ela aparece na definição. Temperature é a propriedade que permite prever a direção do fluxo de calor: calor tende a ir de um corpo com maior temperatura para um com menor temperatura. Em muitos modelos simples (úteis na prova) podemos escrever uma lei de troca proporcional à diferença de temperatura, por exemplo a forma linear empírica
\dot Q = k\,(T_A-T_B),
onde k>0 é uma constante que depende de como os corpos estão acoplados. Dessa relação vemos imediatamente que a condição de equilíbrio térmico ocorre quando
T_A=T_B,
pois aí \dot Q=0. Então uma forma prática e comum de dizer equilíbrio térmico é: dois sistemas estão em equilíbrio térmico quando têm a mesma temperatura.

Passo 4

Explicação didática do porquê essa definição é útil na prova. Em exercícios você muitas vezes precisa reconhecer estados em que não há transferência de calor (por exemplo, após bastante tempo de contato) e usar a igualdade de temperaturas para relacionar propriedades dos sistemas (como energia interna, pressão em casos apropriados etc.). A regra mental para a prova: se dois corpos em contato térmico têm temperaturas iguais, não há fluxo de calor entre eles; se as temperaturas diferem, haverá fluxo de calor na direção da maior para a menor.

Passo 5

Definição e enunciado da lei zero da termodinâmica. A lei zero afirma, em linguagem direta:
\text{Se }A\text{ está em equilíbrio térmico com }B\text{ e }B\text{ está em equilíbrio térmico com }C,\text{ então }A\text{ está em equilíbrio térmico com }C.áíéáíéãáíé
Essa é a propriedade transitiva do “estar em equilíbrio térmico”. Em símbolos: se T_A=T_B e T_B=T_C, então T_A=T_C.

Passo 6

Por que a lei zero é importante — interpretação e consequência prática. A lei zero garante que é possível atribuir um número (a temperatura) a cada sistema de modo consistente: dois sistemas em equilíbrio térmico têm o mesmo número. Isso permite construir termômetros: um corpo B serve de termômetro porque, ao equilibrar-se com A, ele assume a mesma temperatura T_B=T_A; depois, se B também equilibrar com C, a lei zero garante que T_A=T_C, ou seja, a leitura é consistente entre diferentes medições.

Passo 7

Exemplos concretos e como responder na prova. Exemplo 1: se você vê “um termômetro B marca 30^\circ quando colocado em contato com A e marca 30^\circ quando colocado com C”, pela lei zero conclui-se que A e C estão em equilíbrio térmico entre si, logo T_A=T_C. Exemplo 2 (modelo): dois blocos metálicos em contato térmico isolados do resto chegam em equilíbrio térmico quando suas temperaturas se igualam — nada mais de calor passa entre eles.

Passo 8

Limites e atenção para a prova. Diga explicitamente nas respostas de prova “sem troca líquida de calor” ou “mesma temperatura” para equilibrío térmico. Não confunda: equilíbrio térmico é só sobre calor/temperatura — pode não haver equilíbrio mecânico (forças) ou químico (troca de partículas). A lei zero é um postulado fundamental: não é algo que você deduz de outras leis, ela é usada para definir temperatura de maneira consistente.

Resposta

Equilíbrio térmico: Dois sistemas em contato térmico estão em equilíbrio térmico quando não há troca líquida de calor entre eles, o que equivale a dizer que possuem a mesma temperatura, i.e., \dot Q_{A\to B}=0 e T_A=T_B.
Lei zero da termodinâmica: Se A está em equilíbrio térmico com B e B está em equilíbrio térmico com C, então A está em equilíbrio térmico com C; isso estabelece a transitividade do equilíbrio térmico e permite definir consistentemente a temperatura ( T_A=T_B e T_B=T_C\Rightarrow T_A=T_C).